斯坦福大學醫(yī)學院的研究人員表示，來自古代病毒感染的遺傳物質(zhì)對人類發(fā)育至關重要。他們已經(jīng)確定了幾種病毒來源的非編碼RNA分子，這些RNA分子是受精人卵獲得早期發(fā)育成為身體所有細胞和組織的能力所必需的。他們發(fā)現(xiàn)，阻止這種RNA分子的產(chǎn)生會阻礙其發(fā)展。這一發(fā)現(xiàn)是在今年早些時候斯坦福大學的一項研究之后發(fā)現(xiàn)的，該研究顯示早期人類胚胎中充滿了似乎是由類似的遺留遺傳物質(zhì)引起的病毒顆粒。

“我們開始積累證據(jù)證明這些病毒序列最初可能已經(jīng)威脅到我們物種的生存，我們的基因組為了自己的利益而加入，”Vittorio Sebastiano博士說，她是婦產(chǎn)科助理教授。 。“通過這種方式，它們甚至可能促成了物種特異性特征和基本細胞過程，即使在人類中也是如此。”

Sebastiano是該研究的共同領導和共同資深作者，該研究將于11月23日在Nature Genetics上發(fā)表。博士后學者Jens Durruthy-Durruthy博士是另一位主要作者。該論文的另一位高級作者是Renee Reijo Pera，博士，曾任斯坦福大學婦產(chǎn)科教授，現(xiàn)任蒙大拿州立大學教授。

塞巴斯蒂亞諾和他的同事們有興趣了解細胞如何變成多能細胞，或者能夠成為體內(nèi)的任何組織。一個人的卵子受精后成為多能干細胞，例如。科學家已經(jīng)學會了如何通過將其暴露于已知存在于早期人類胚胎中的蛋白質(zhì)來誘導其他完全發(fā)育的人類細胞變成多能細胞。但在這兩種情況下，這種變革過程的細節(jié)分子細節(jié)都不是很清楚。

一種古老的感染

研究人員知道，一種稱為長基因間非編碼或lincRNA的RNA分子已經(jīng)涉及許多重要的生物過程，包括獲得多能性。這些分子是由基因組中的DNA制成的，但它們不會繼續(xù)制造蛋白質(zhì)。相反，它們作為RNA分子起作用以影響其他基因的表達。

Sebastiano和Durruthy-Durruthy最近開發(fā)的RNA測序技術用于檢測哪些lincRNA在人胚胎干細胞中高表達。以前，這種類型的分析受到以下事實的阻礙：許多分子包含高度相似，非常重復的區(qū)域，難以精確測序。

他們發(fā)現(xiàn)了2000多個以前未知的RNA序列，發(fā)現(xiàn)146個在胚胎干細胞中特異性表達。他們將23種最高表達的序列歸入其中，稱為HPAT1-23，以供進一步研究。他們發(fā)現(xiàn)，其中有13種幾乎完全是由一種名為HERV-H的病毒感染前遺留下來的遺傳物質(zhì)構(gòu)成的。

HERV-H是所謂的逆轉(zhuǎn)錄病毒。這些病毒通過將其遺傳物質(zhì)插入受感染細胞的基因組中而擴散。通過這種方式，病毒可以利用細胞的蛋白質(zhì)制造機器生成病毒蛋白，從而組裝成新的病毒顆粒。然后該粒子繼續(xù)感染其他細胞。如果受感染的細胞是精子或卵子，逆轉(zhuǎn)錄病毒序列也可以傳遞給后代。

HIV是一種常見的逆轉(zhuǎn)錄病毒，目前在人類中引起疾病??。但是我們的基因組也充斥著很久以前的逆轉(zhuǎn)錄病毒感染留下的序列。與可以繼續(xù)感染新細胞的HIV不同，這些逆轉(zhuǎn)錄病毒序列被認為是相對惰性的; 數(shù)百萬年的進化和累積突變意味著很少有人保持對功能性蛋白質(zhì)的指導能力。

在鑒定胚胎干細胞中的 HPAT1-23后，Sebastiano及其同事研究了它們在人胚泡中的表達 - 在胚胎受精后第一天產(chǎn)生的空心細胞團。他們發(fā)現(xiàn)HPAT2，HPAT3和HPAT5僅在胚泡的內(nèi)細胞團中表達，胚泡成為發(fā)育中的胎兒。阻斷它們在雙細胞胚胎的一個細胞中的表達阻止了受影響的細胞對胚胎的內(nèi)細胞團的貢獻。進一步的研究表明，三種基因的表達也是成體細胞有效重編程為誘導多能干細胞所必需的。

序列僅在靈長類動物中發(fā)現(xiàn)

“這是第一次證明這些病毒衍生的RNA分子與人類發(fā)育的重要步驟直接相關并且是必需的，”塞巴斯蒂亞諾說。“真正有趣的是，這些序列僅在靈長類動物中發(fā)現(xiàn)，這增加了它們的功能可能促成了區(qū)分人類與其他動物的獨特特征的可能性。”

研究人員正在繼續(xù)研究所有HPAT分子。他們已經(jīng)了解到HPAT-5通過與let-7的多能性相關的另一個RNA家族的成員相互作用并隔離其特異性影響多能性。

Durruthy-Durruthy說：“以前的逆轉(zhuǎn)錄病毒元素被認為是一個基本相同的功能。” “現(xiàn)在我們知道它們在我們的細胞中作為具有非常特殊和重要作用的個體元素發(fā)揮作用。想象一下，在進化過程中，靈長類動物如何開始將這些病毒殘羹剩余轉(zhuǎn)化為對我們的發(fā)育有益和必要的東西，這是非常有趣的。 “。